DE10207862C1 - Aktives Lagerelement - Google Patents

Abstract

Lagerelement, mit einem federnden Gummipolster (13), das in einem Metallbügel (11) angeordnet ist. Das Gummipolster (13) weist ein mit Anschlussmitteln (14) versehenes Anschlusselement (12) auf. Der Metallbügel (11) ist mit Anschlussmitteln (14a) versehen, und die Federsteifigkeit des Gummipolsters (13) ist durch einen Piezoaktor (15) variierbar. Das Gummipolster (13) ist mit einer Schrägstellung (16) in dem Metallbügel (11) angeordnet, der Piezoaktor (15) ist parallel zu dem Gummipolster (13) in dem Metallbügel (11) angeordnet und die Öffnungsweite (27) des Metallbügels (11) ist durch den Piezoaktor (15) variierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagerelement, mit einem federnden Gummipolster, das in einem Metallbügel angeordnet ist, wobei das Gummipolster ein mit Anschlussmitteln versehenes Anschlusselement aufweist und der Metallbügel ebenfalls mit Anschlussmitteln versehen ist, und wobei die Federsteifigkeit des Lagerelements durch einen Piezoaktor variierbar ist.

Es ist bereits ein derartiges Lagerelement zur aktiven Isolation von hohen Frequenzen bei Schwingungen mit kleinen Amplituden vorgeschlagen worden (DE 39 02 605 A1), bei dem das elastische Gummipolster und der Piezoaktor in einer mechanischen Reihenschaltung angeordnet waren. Durch den dabei direkt vorhandenen Kraftfluss ist der Piezoaktor sehr hohen Belastungen ausgesetzt, wobei besonders Querkräfte und Momente eine extrem große Widerstandsfähigkeit der Aktorkonstruktion erfordern. Dies bedingt große Querschnitte und sehr aufwendige Zusatzteile zur Abstützung dieser Kräfte in dem Lagerelement außerhalb des Aktors. Weiterhin lassen sich die zur Isolation von Amplituden von ca. 0,1 mm notwendigen Aktoren mit über 20 mm Länge nur sehr schlecht in den bisher üblichen Einbauräumen unterbringen.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 40 310 A1 wird ein Lager für die Abstützung von Motoren, Getriebe usw. beschrieben. Dieses Lager weist eine passive Federanordnung auf, dessen elastische Verspannung mit Hilfe einer Verstelleinrichtung gesteuert veränderbar ist.

Die mechanisch oder fluidisch angetriebene Verstelleinrichtung reagiert ziemlich träge. Für höhere Frequenzen und kurze Taktzeiten ist sie deshalb nicht geeignet.

Aus der JP 05 202 985 A ist ein Lager zur aktiven Schwingungsbeeinflussung bekannt. Den zwischen gefederter und ungefederter Masse befindlichen Armen eines Federelements sind elektrostriktive Elemente in Serie zugeordnet.

Die DE 41 16 270 A1 offenbart ein Hydrolager. Zwischen der gefederten Masse einerseits und der ungefederten Masse andererseits ist jeweils ein schwingungsfähiges Element zur aktiven Schwingungsbekämpfung angeordnet.

Da die schwingungsfähigen Elemente mit dem Lager in Serie geschaltet sind, ist bei einem Defekt an den schwingungsfähigen Elementen die Grundfunktion des Lagers, nämlich eine elastische Abstützung der zu federnden Masse, nicht mehr zuverlässig gewährleistet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lagerelement der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem der Piezoaktor nicht mehr im direkten Kraftfluss liegt und nicht durch Querkräfte und Momente belastet wird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das Gummipolster mit einer Schrägstellung in dem Metallbügel angeordnet ist, der Piezoaktor parallel zu dem Gummipolster in dem Metallbügel angeordnet ist und die Öffnungsweite des Metallbügels durch den Piezoaktor variierbar ist. Durch diese Maßnahmen wird ein Lagerelement geschaffen, bei dem der Piezoaktor von Querkräften und Momenten frei in das Lagerelement integriert ist. Die Längenänderungen des Piezoaktors werden durch Übersetzung nach außen hin stark vergrößert. Dadurch können kürzere und einfachere Piezoaktoren mit kleineren Querschnitten eingesetzt werden und wegen der daraus resultierenden geringeren Kapazität sind auch kleinere Verstärker zur Auslösung ausreichend. Dies führt zu einer Verbesserung der Funktionssicherheit und einer Verringerung der Kosten.

Eine weitere Lösung ist die nach Patentanspruch 2 mit Außenblech und federnden Zwischenbügel.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 den Schnitt durch ein Lagerelement, mit schräg gestellten Gummipolstern und in einem elastischen Teilbügel biegegelenkig eingespannten Piezoaktor;

Fig. 2 das mechanische Ersatzbild eines Lagerelements nach der Fig. 1;

Fig. 3 den Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lagerelement in Form eines Doppelkeillagers, mit in einem Zwischenbügel stark vorgespannten Piezoaktor;

Fig. 4 einem Horizontalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lagerelement entlang der Linie A-A in der Fig. 3;

Fig. 5 das mechanische Ersatzbild eines Lagerelements nach der Fig. 3.

Das in der Fig. 1 dargestellte Lagerelement 10 besteht im wesentlichen aus einem elastischen Metallbügel 11, der etwa U-förmig ausgebildet ist und in dessen U-Öffnung 27 Gummipolster 13 angeordnet sind, die sich an einem Anschlusselement 12 abstützen. Die Gummipolster 13 sind paarweise angeordnet und weisen eine Schrägstellung 16 in Form eines bekannten Keillagers auf. Das Anschlusselement 12 ist mittig mit Anschlußmitteln 14 versehen, und mit einem ebensolchen Anschlussmittel 14a ist der Metallbügel 11 versehen.

Unterhalb der paarweise angeordneten Gummipolster 13 ist ein Piezoaktor 15 vorgesehen, der an einer Seite in einer biegegelenkigen Einspannung 17 und auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Spannvorrichtung 18 gelenkig gehalten ist. Unterhalb des Piezoaktors 15 weist der Metallbügel 11 einen biegeelastischen Bereich 19 auf.

Zur Versteifung ist der Metallbügel 11 oberhalb des Piezoaktors 15 mit Sicken 24 versehen. Der Piezoaktor 15 ist so stark dimensioniert, daß er den Metallbügel 11 durch elastische Verformung der beiden zur Mitte symmetrischen, biegeelastischen Bereiche 19 aufweiten kann. Durch diese elastische Aufweitung bzw. durch das Zurückfedern wird über die Gummipolster 13 eine Kraft auf das Anschlußelement 12 ausgeübt, das dadurch abgesenkt oder angehoben werden kann. Durch die Schrägstellung der Gummipolster 13 ergibt sich eine erhebliche Vergrößerung des Weges des Piezoaktors 15.

Im Bereich des unteren Anschlußmittels 14a ist in dem Metallbügel 11 ein Beschleunigungssensor 20 angeordnet, der über eine Sensorleitung 22 angeschlossen ist. Zur Ansteuerung des Piezoaktors 15 ist eine Steuerleitung 21 vorgesehen. Wenn der Piezoaktor 15 so angesteuert wird, dass sich das Anschlusselement 12 entsprechend den Bewegungen der aufliegenden Last bewegt, werden diese Bewegungen nicht in Kräfte umgewandelt, die über das Anschlussmittel 14a in die nicht dargestellte Karosserie eingeleitet werden. Unerwünschte Geräusche werden so vermieden.

Aus den Signalen des Beschleunigungssensors 20 lassen sich die Beschleunigungen oder Kräfte ermitteln, die über das Anschlussmittel 14a in die Karosserie eingeleitet werden. Die Regelung des Piezoaktors 15 erfolgt derart, daß die Kräfte oder Beschleunigungen in diesem Punkt zu Null geregelt werden.

In einer praktischen Ausführung wird das Lagerelement 10 zweckmäßigerweise mit einem Druckanschlag 23 zwischen dem Piezoaktor 15 und dem Anschlusselement 12 versehen sein. Bei höheren Kräften wird dadurch eine Beschädigung des Piezoaktors 15 wirksam vermieden. Damit die bei der elastischen Aufweitung des biegeelastischen Bereiches 19 auftretenden Winkelbewegungen in der, in der Fig. 2 dargestellten Öffnungsrichtung 29 nicht zu Biegungen in dem Piezoaktor 15 führt, sind die biegegelenkige Einspannung 17 und die Spannvorrichtung 18 mit kugeligen oder balligen Bereichen versehen.

In der Fig. 3 ist ein Lagerelement 10a in Form eines Doppelkeillagers dargestellt. Dabei stehen sich jeweils paarweise angeordnete Gummipolster 13 und 13a gegenüber, zwischen denen Anschlußelemente 12 und 12a elastisch gehalten sind. Die Anschlusselemente 12 und 12a sind mit Anschlußmitteln 14 und 14a versehen. Die Gummipolster 13 und 13a werden durch gemeinsame Außenbleche 25 gehalten. Mittig im Bereich einer Teilungsebene 28 ist ein elastischer Zwischenbügel 26 vorgesehen.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist der elastische Zwischenbügel 26 symmetrisch ausgebildet und kann in einem elastischen Bereich 26a zu der Teilungsebene 28 hinfedern. In dem elastischen Zwischenbügel 26 ist ein Piezoaktor 15 angeordnet.

Der Piezoaktor 15 verändert, wie das in der Fig. 5 dargestellte mechanische Ersatzschaltbild zeigt, den elastischen Zwischenbügel 26 in Wirkungsrichtung 30 in seiner Länge. Der Piezoaktor 15 ist dazu stark vorgespannt in dem elastisch geformten Zwischenbügel 26 eingespannt. Der Zwischenbügel 26 kann beispielsweise eine ovale Form mit abgeflachten Enden aufweisen, an denen die Außenbleche 25 des Lagerelementes 10a befestigt sind.

Wenn der Piezoaktor 15 ausgedehnt wird, zieht sich das Lagerelement 10a zusammen und umgekehrt. Die Steuerung und Regelung kann bei dieser Ausführung ähnlich wie oben beschrieben durchgeführt werden. Die Vorspannung des Zwischenbügels 26 sollte so bemessen werden, dass durch die Betriebskräfte, die über die Gummipolster 13 und 13a übertragen werden, keine elastische Aufweitung der Außenbleche 25 erfolgt.

Durch die Schrägstellung der Gummipolster 13 und 13a wird der Weg des Piezoaktors 15 stark übersetzt, und durch die Ausführung als Doppel-Keillagers ergibt sich nochmals eine Verdoppelung. Durch den symmetrischen Aufbau des Lagers 10a tritt bei dieser Ausführung, im Gegensatz zu der Ausführung 10 nach der Fig. 1, keine Winkelbewegung 29 der Einspannflächen des Piezoaktors 15 auf. Zweckmäßigerweise ist auch diese Ausführung mit einem Druckanschlag 23 und/oder einem an sich bekannten Zuganschlag versehen.

Bezugszeichenliste

10

Lagerelement

10

a Lagerelement

11

Metallbügel

12

Anschlußelement

12

a Anschlußelement

13

Gummipolster

13

a Gummipolster

14

Anschlußmittel

14

a Anschlußmittel

15

Piezoaktor

16

Schrägstellung

17

biegegelenkige Einspannung

18

Spannvorrichtung

19

biegeelastischer Bereich

20

Beschleunigungssensor

21

Steuerleitung

22

Sensorleitung

23

Druckanschlag

24

Sicke

25

Außenblech

26

elastischer Zwischenbügel

26

a elastischer Bereich

27

Öffnungsweite

28

Teilungsebene

29

Öffnungsrichtung

30

Wirkungsrichtung

Claims (11)

1. Lagerelement (10), mit einem federnden Gummipolster (13), das in einem Metallbügel (11) angeordnet ist, wobei das Gummipolster (13) ein mit Anschlussmitteln (14) versehenes Anschlusselement (12) aufweist und der Metallbügel (11) ebenfalls mit Anschlussmitteln (14a) versehen ist, und die Federsteifigkeit des Gummipolsters (13) durch einen Piezoaktor (15) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummipolster (13) mit einer Schrägstellung (16) in dem Metallbügel (11) angeordnet ist, der Piezoaktor (15) parallel zu dem Gummipolster (13) in dem Metallbügel (11) angeordnet ist und die Öffnungsweite (27) des Metallbügels (11) durch den Piezoaktor (15) variierbar ist.

2. Lagerelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass statt der Metallbügel (11) Außenbleche (25) mit parallel zueinander verlaufender Gummipolster (13, 13a) zwischen den Anschlußmitteln (14, 14a) vorgesehen sind, zwischen denen ein parallel verlaufender, einen Piezoaktor (15) aufnehmender Zwischenbügel (26) vorgesehen ist, der den Piezoaktor (15) unter Druckvorspannung hält.

3. Lagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (15) über gelenkige Einspannungen (17, 17a) mit dem Metallbügel (11) oder den Außenblechen (25) verbunden ist.

4. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (15) durch eine variierbare Spannvorrichtung (18) gehalten ist.

5. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Metallbügel (11) oder den Außenblechen (25) ein Beschleunigungssensor (20) zugeordnet ist.

6. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschlusselement (12, 12a) und dem Metallbügel (11) oder den Außenblechen ein Druckanschlag (23) angeordnet ist.

7. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbügel (11) vom Bereich seiner Schenkelenden bis in den Bereich der Anlenkung des Piezoaktors (15) mit Sicken (24) versehen ist.

8. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 7, dadurch kennzeichnet, dass der Metallbügel (11) in Einbaulage unterhalb der Anlenkung des Piezoaktors (15) einen biegeelastischen Bereich (19) aufweist.

9. Lagerelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbügel (26) elastisch ausgebildet ist.

10. Lagerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Zwischenbügel (26) in dem gleichen Abstand von dem ersten Gummipolster (13) wie von dem zweiten Gummipolster (13a) verläuft.

11. Lagerelement nach einem des Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbügel (26) symmetrisch zu einer zwischen den Anschlussmitteln (14, 14a) verlaufenden Teilungsebene (28) verläuft.